水基柔性版油墨配方設計的要素
2011-09-03 文章來源: 印刷知識網(wǎng)
一、水基柔性版油墨概念
水性油墨由水性高分子樹脂和乳液、有機顏料、溶劑（主要是水）和相關助劑經(jīng)物理化學過程混合而成。水性油墨具有不含揮發(fā)性有機溶劑，不易燃，不會損害油墨制造者和印刷(深圳印刷)操作者的健康，對大氣環(huán)境無污染等特性。水性油墨作為一種新型印刷油墨，沒有溶劑性油墨中某些有毒、有害物質在印刷品中殘留和對包裝商品的污染，改善了總體環(huán)境質量。
水基柔性版油墨，是根據(jù)油墨按印版版型的分類方法并與油墨的干燥機制相結合命名而得。
二、水性柔性版油墨配方的技術依據(jù)
1.水性連結料的中和成鹽機制
水性油墨采用水性連結料。水性連接料基本分為三類:膠態(tài)分散體、乳液聚合物、水稀釋型聚合物。目前油墨行業(yè)主要采用的還是稀釋型連接料。許多高分子（水溶性）原來并不溶于水或僅部分溶于水，只有添加一種酸或堿，才因電離作用而溶于水。典型的例子是聚丙烯酸和聚酰胺分別是陰離子和陽離子型電解質。這些物質水溶液的pH值與它的粘度、絮凝效果、穩(wěn)定性、分散性等密切相關。故在水溶性聚合物的分子鏈上含有一定數(shù)量的強親水性基團，如羧基、羥基、胺基等，但這些極性基團與水混合時多數(shù)只能形成乳濁液。而羧酸鹽能溶于水，因此水溶性連結料的制造往往是使用高酸態(tài)的合成樹脂，再以胺中和成鹽。
2.揮發(fā)、滲透、固化反應或三者兼有的干燥成膜機制
一般來說， 印刷工藝以及相應的干燥方式?jīng)Q定所用的油墨配方體系。為滿足柔性版印刷的工藝要求及水性油墨自身的特點，根據(jù)不同的印刷基材，水基柔性版油墨的干燥方式有揮發(fā)、滲透、固化反應或三者兼有。
?。?）揮發(fā)干燥機制
對于承印物為非吸收性基材的柔性版印刷，其干燥方式主要以揮發(fā)干燥為主，即采用樹脂/溶劑的油墨體系。因為：
?、偃嵊C速度很快，80m/min到 200m/min以上都有，一般來說第一色印完到第二色印刷，其間隔僅幾秒到零點幾秒。對于非吸收性基材，在所有的干燥類型中，僅揮發(fā)干燥可滿足這一要求。
?、谥挥心ぶ械囊后w盡快脫出墨膜，例如利用沸點不高的溶劑有瞬間揮發(fā)的特性，才能使油墨迅速干燥。快干性也要求油墨為低粘度而且烯薄的液體。
?、蹖τ谀z印油墨、鉛印油墨而言，可以通過墨輥之間的調和，使油墨均勻地涂布在印版上，而柔印油墨僅靠本身的流動性、粘附性填充在網(wǎng)紋輥網(wǎng)眼中并傳墨到印版上，只有較低的粘度即較烯薄的液體才能賦予這樣的性質。而且油墨必須在很短的時間內填滿凹眼，如果粘度太大則難以填入凹眼中，同時刮刀也難以圓滑地刮去網(wǎng)墻部分的油墨。所以柔性版油墨一般為粘度較低的流體形式，大量的溶劑或水只有通過揮發(fā)或滲透的方式進行。當然粘度太低也不行，否則壓印會造成網(wǎng)點中的油墨易變形，使圖文再現(xiàn)性變差。
油墨的干燥速度首先取決于油墨中溶劑的揮發(fā)速度。油墨中溶劑的揮發(fā)，主要存在如下影響因素：
①不同的樹脂對溶劑揮發(fā)速度的減緩程度不同。溶解度越大的樹脂，溶劑越難以脫出，揮發(fā)速度越低。
?、陬伭显谟湍兴嫉谋壤酱?，溶劑的揮發(fā)速度越低；顏料粒子的半徑越小，比表面積越大，溶劑的揮發(fā)速度越低；不同種類的顏料對溶劑的脫出性不相同。
?。?）滲透吸收干燥
對于吸收性基材的柔印，其干燥方式以滲透吸收干燥為主。吸收性基材如紙張對油墨具有吸收性。油墨中的連接料是液體成膜物質，同時能粘結色料粒子并使之粘著在紙張表面上。連結料轉移到紙張后，就向紙張內部滲透，直到油墨中的色料粒子之間變得足夠緊密，粒子間的間隙不斷縮小所產(chǎn)生的顏料顆粒間毛細管拉力與紙張內吸收連結力相等時完成吸收滲透過程。連接料向紙張內部滲透的程度與紙張內毛細管拉力成正比，即紙張的吸墨性取決于其內部的疏松程度，也就是紙張的緊度和組織勻度。實際印刷時，還應考慮印刷壓力、壓印時間、油墨粘度的影響。Olsson公式基本上歸納了以上因素對油墨被壓入紙張深度的關系：
d = (p×r2×t/2η)1/2
d: 油墨壓入紙張深度
p:印刷壓力
r:紙張毛細管半徑
η:油墨粘度
由于印刷壓力遠比毛細管引力大得多，故后者忽略不計。
油墨對吸收性基材的滲透吸收對油墨固化和干燥過程很重要。滲透量太少或太淺，油墨粘著不牢，也不易干燥。但是，滲透量太大或太深，就會造成透印問題，也會降低油墨光澤。
另外，對于吸收性基材，還同時存在揮發(fā)干燥機制。故對吸收性承印物的柔印，干燥方式是揮發(fā)和滲透雙重成膜機制。
在某些特殊要求的油墨配制中，還引入一些反應基團進一步改進其成膜性能。
三、影響水基柔性版油墨配方設計(深圳名片設計)的諸多因素
1.印刷適性的要求
油墨從墨槽到印版輾轉到承印物的過程是油墨的傳輸和轉移分離過程。首先要求在印刷過程中能夠始終向印版穩(wěn)定地傳輸油墨，其次希望版面上的油墨始終以一定的狀態(tài)有效地轉移到承印物上。傳輸和轉移的質量與印刷機的性能和精度有關，又同時要求油墨具有相應的印刷適性。油墨本身的流變性成了支配油墨適性的重要因素。流變性包括粘度、屈服值、觸變性、流動度、粘著性、墨絲長短等。
粘度 油墨內聚力的大小，必須適合印刷全過程的要求。
?。?）印速越高，要求油墨的粘度就越小。快速印刷，要求轉移快，干燥快，即油墨粘滯力小，易分離，且溶劑易從墨膜表面逸出。實踐證明，油墨塑性粘度對油墨的轉移率影響顯著，在同一印刷機速度相同的條件下，粘度小的油墨層分裂狀態(tài)比粘度大的對油墨的轉移有利。如圖1所示。
?。?）承印物要求：對于比較光滑的銅版紙，在供墨量充足時，轉移率較高，所以要求油墨的粘度稍高；對于膠版紙等結構松軟的紙張所用油墨粘度應稍低。
觸變性 觸變性即“剪切稀化”。油墨應具有一定的觸變性，在印刷過程中油墨在墨輥上受到機械的轉動作用后，油墨的流動性就產(chǎn)生了變化，粘度有所下降，流動性增強，其延展性也在增加，有利于油墨的順利均勻轉移。油墨轉移到承印物后，失去外力作用，因其觸變性很快由稀變稠而不向周圍流溢，保證了印跡的準確性。特別是網(wǎng)點和文字線條版印刷，可以避免油墨在紙張上浸潤和鋪展所造成網(wǎng)點擴大，線條變粗。油墨的觸變性與下列因素有關：
?。?）顏料的性質 表面吸附性強的顏料制成的油墨觸變性大。
?。?）顏料顆粒的形狀 顏料粒子呈針狀時，比球狀粒子制成的油墨觸變性大。
?。?）顏料的用量 一般地，油墨中顏料所占比例越大，粒子相互作用越強，油墨的觸變性越大。
?。?）顏料粒子與連接料的潤濕能力 潤濕能力低，油墨觸變性大。
?。?）樹脂的分子量 連接料中的樹脂分子量越大，觸變性越大。
印刷適性對觸變性的要求：印刷作業(yè)要求油墨具有適當?shù)挠|變性，但如果油墨的觸變性過大，油墨在墨斗中會造成供墨不流暢，甚至會出現(xiàn)供墨中斷的現(xiàn)象，影響連續(xù)印刷時供墨量的均勻和準確程度。不同類型的印刷對油墨的觸變性會有差異。一般網(wǎng)線版、文字版和線條版的印刷要求油墨的觸變性略大些；大面積的實地版則略小些為宜。
粘著性 在印刷過程中，使墨膜分裂并轉移到相應的物面(墨輥表面、印版表面或承印物表面)上的力是附著力，也就是油墨與墨輥、印版、承印物表面間的連接力。油墨在附著力的作用下，先是分裂而后轉移，這是油墨對附著力的動態(tài)響應。油墨本身在這一動態(tài)過程中表現(xiàn)出來的阻止墨膜分離的能力，稱油墨的粘著性，實質上是油墨的內聚力（油墨分子間的連接力）在附著力的作用下的一種表現(xiàn)。油墨的粘著性對印刷適性的影響在于 ：
?。?）油墨的粘著性較大時，油墨的分離困難，造成印刷機上油墨延展不均勻。油墨墨層在紙張或橡皮布間分離時，如果此阻力大大超過紙張的結合力，就會產(chǎn)生拉毛現(xiàn)象甚至剝皮現(xiàn)象。
?。?）多色印刷時，在前色的油墨未干的狀態(tài)下迅速印刷后一色，一般要求第一色油墨的粘著性要大一些，后面各色油墨均要逐漸降低粘著性，否則，就有可能出現(xiàn)后面的印不上去，并把前面的墨層粘走。
油墨的附著與干燥 油墨附著在承印物上之后，便從液態(tài)的膠狀物變?yōu)楣虘B(tài)的皮膜，粘結在承印物上，這一變化的過程稱為油墨的干燥。這一過程分兩個階段完成：油墨由液態(tài)變?yōu)榘牍虘B(tài)，不能再流動轉移，是油墨的初期干燥階段，用初干性表示。半固態(tài)油墨中的連結料的主體部分發(fā)生物理或化學反應完全干固成膜，是油墨的徹底干燥階段，用徹干性表示。油墨的初干階段和徹干階段統(tǒng)稱為油墨的固著干燥。油墨的干燥速度與油墨的干燥方式有關。油墨的干燥方式取決與油墨連結料的組分。不同的印刷方式、承印物以及印刷機械對油墨的干燥有不同的要求。油墨的固著干燥性能對印刷適性的影響有以下兩點：
?。?）對于紙張類承印物，油墨可以流入其凹洼、空隙而被固定，這是利用機械的“投錨效果”而附著；對于表面光滑無吸收性的承印物，油墨的附著取決于油墨對承印物的潤濕作用，即液體對固體表面的親合作用，還取決油墨與承印物分子間的作用力。但高速印刷時由于紙張的堆積和密附會使分子間距離急劇減小，導致油墨和承印物分子間結合力明顯增大，未干的油墨會映到后一印張的背面。所以，一般地，在不影響油墨與承印物附著的前提下，應適當降低油墨的附著能力，或加快油墨的固著干燥，以避免印品的“背面蹭臟”。
（2）油墨的干燥速度影響油墨的粘著性。如圖2所示，隨著干燥時間的增加，油墨的粘著性逐漸增加到最大值，再下降到零。如果油墨很快干燥，墨膜表面很快光潔干滑而失去粘著性，第二色油墨就難以附著，油墨就產(chǎn)生“晶化現(xiàn)象”。理想的疊印應在油墨初干到徹干的時間內進行。
干燥過快，油墨會在印版表面結皮、糊版、使印品油墨堆積，光澤不良，出現(xiàn)“墨斑”；干燥過慢，印品背面可能發(fā)生“蹭臟”現(xiàn)象。
2.包裝物使用性能的要求
遮蓋力 單位重量的原墨能夠印刷的面積通常稱為油墨的遮蓋力，單位為m2/g。遮蓋力取決于以下因素：
（1）油墨的比重 比重大的油墨的印刷面積要少于同等重量的比重小的油墨。
?。?）油墨的轉移量 轉移量受墨斗輥和印版材料的硬度、網(wǎng)紋傳墨輥著墨孔的載墨能力和磨損情況、刮墨刀的安裝位置等影響。
?。?）油墨中著色劑的含量決定了油墨遮蓋力的大小。
（4）油墨在非涂層紙或其它吸收性承印材料上的遮蓋力比在非吸收性承印物上的遮蓋力差，因為油墨能滲入吸收性材料使顏色的明度降低。在印刷紙張時，水基油墨滲入紙體的速度比溶劑油墨慢，遮蓋力比同樣色強度的溶劑墨高。
耐性 耐化學性、耐刮擦性、耐熱封性、耐油脂性、耐冷凍性、耐久性等。
以上論述了影響水基柔性版油墨性能的諸多因素。在此基礎上可進一步確定其基礎配方、連結料體系及其原材料的選定和準備工作，并且預定開發(fā)品種的一般性能要求和技術指標。
